[发明专利]尺寸可控、高吸附速率的ZIF-8颗粒及其无容器制备方法和应用

说明书

本发明提供了尺寸可控、高吸附速率的ZIF‑8颗粒及其无容器制备方法和应用，属于空间材料科学的地面模拟技术领域。本发明利用空间环境的地面模拟技术，通过单轴式超声悬浮技术在无容器状态下合成ZIF‑8颗粒。与在有容器(比如烧杯、试管)的环境中合成ZIF‑8颗粒的方法相比，避免了器壁与材料的接触，避免引入异质形核而影响晶体形核和生长过程，消除了异质形核；且能够通过对超声悬浮技术参数(比如超声频率、超声功率、悬浮时间和悬浮体积)的调控对ZIF‑8颗粒的尺寸进行主动调控。该方法合成的ZIF‑8颗粒对水中的有机污染物邻苯二甲酸具有更高的吸附速率，从而能够将在有容器条件下的合成方法推广到无容器环境以获得更好的性能。

技术领域

本发明涉及空间材料科学的地面模拟技术领域，尤其涉及尺寸可控、高吸附速率的ZIF-8颗粒及其无容器制备方法和应用。

背景技术

金属有机骨架材料(metal-organicframeworks，MOFs)是由金属离子与有机配体通过自组装过程而生成的一类新型多孔材料，具有比表面积大、孔道结构规整以及孔道和表面化学性质可调变等特征，在吸附、分离和催化等方面均表现出了广阔的应用前景。沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是MOFs材料的一种，它是由过渡金属原子(Zn/Co)与咪唑或咪唑衍生物连接而生成的一类新型的、具有沸石拓扑结构的纳米多孔材料。同其他MOFs材料相比，沸石咪唑酯骨架材料具有更优良的热和水热稳定性，应用研究涉及吸附、分离、储氢和催化等多个领域。

ZIF-8是一种典型的沸石咪唑酯骨架材料，目前常见的合成方法是水热合成法，如专利CN 106883179A公开的方法需要反应温度80～180℃，搅拌速度40～400r/min，反应时间8～28小时。专利CN 104772165 A公开的方法需要在20～60℃下搅拌反应1～6小时。此外，有学者采用蒸汽辅助转化法合成制备了ZIF-8颗粒(Zhang Hui,Shi Q,Kang Xiaozhen,Dong Jinxiang..Vapor-assisted conversion synthesis ofprototypical zeoliticimidazolate framework-8[J].Journal ofCoordination Chemistry,2013,66(12):2079-2090.)；以及使用超声化学法合成制备ZIF-8颗粒(Hanieh Ghorbani,MahboubeGhahramaninezhad,Mahdi Niknam Shahrak.The effect of organic and ionic liquidsolvents on structure crystallinity and crystallite size of ZIF-8forCO₂uptake[J].Journal ofSolid State Chemistry,2020,289:121512.)，以及室温快速合成方法(Cravillon J,S MüNzer,Lohmeier S J,et al.Rapid Room-TemperatureSynthesis and Characterization of Nanocrystals of a Prototypical ZeoliticImidazolate Framework[J].Chemistry ofMaterials,2009,21(8):1410-1412.)。

然而，上述合成方法在合成过程中会引入异质形核，影响晶体形核和生长过程。

发明内容

本发明的目的在于提供尺寸可控、高吸附速率的ZIF-8颗粒及其无容器制备方法和应用，采用超声悬浮技术制备ZIF-8颗粒，通过超声无容器环境消除了异质形核。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种无容器制备ZIF-8颗粒的方法，包括以下步骤：

采用单轴式超声悬浮方法，将二甲基咪唑溶液悬浮，形成悬浮液滴；

向所述悬浮液滴中加入锌盐溶液，形成超声悬浮状态的混合液滴；